Охарактеризуйте высокопрочные алюминиевые сплавы

 Высокопрочные алюминиевые сплавы маркируют буквой В. Химический состав и механические свойства некоторых деформированных высокопрочных сплавов представлены в Табл. 1.3.1.

 

Химический состав (%) и свойства некоторых деформированных высокопрочных сплавов.

                                                                                                                                          Табл.1.3.1

 

Сплав	Содержание элементов,% (остальное Al)				Режим термообработки	Механические свойства
	Cu	Mg	Mn	Прочие		σв, МПа	σ0,2,МПа	δ, %
В95	1,4-2,0	1,8-2,8	0,2-0,6	0,01-0,25Cr 5.0-7.0Zn	Закалка+ старение	540	470	10
В96	2,0-2,6	2,3-3,0	0,3-0,8	8-9Zn		750	720	7

 

Деформируемые алюминиевые сплавы на Al-Zn-Mg-Cu основе (типа В95, В96) имеют наиболее высокую прочность среди всех алюминиевых сплавов σ_в =500-750 МПа, но невысокую пластичность δ = 7-10%. Эффект старения в этих сплавах наиболее высок. Он достигается за счет выделения дисперсных фаз М (MgZn₂) и Т (Mg₃Zn₃Al₂). При высоком содержании цинка медь не участвует в старении, сохраняется в пересыщенном твердом растворе, повышая относительное удлинение и коррозионную стойкость. Сплавы этой системы легирования содержат добавки марганца и хрома (или циркония). Эти элементы, увеличивая неустойчивость твердого раствора, ускоряют его распад, усиливают эффект старения сплава, вызывают пресс- эффект.

Подобные сплавы, отличающиеся более высоким содержанием цинка, магния, меди, обладают повышенной прочностью. Так сплав В96 имеет sв = 700 МПа; s_0,2 =650 МПа; d=7%, НВ 1900. Однако после указанной термической обработки сплавы имеют низкие пластичность и вязкость разрушения. Для повышения этих характеристик сплавы подвергают двухступенчатому смягчающему старению. Первая ступень старения - 100-120°С, 3-10 ч., вторая ступень – 160-170°С, 10-30 ч. Столь высокие температуры и большие выдержки второй ступени старения приводят к образованию и коагуляции стабильных фаз М, S и Т. Предварительное зонное старение (первая ступень) способствует их равномерному распределению, поскольку в сплавах этой системы стабильные фазы образуются из зон Гинье-Престона. После смягчающего старения сплав В95пч имеет: sв=540-590 МПа; s_0,2=410-470 МПа; d=10-13%.

Охарактеризуйте технологические свойства и области применения высокопрочных алюминиевых сплавов.

Сплав В95 хорошо обрабатывается резанием и сваривается точечной сваркой. По сравнению с дюралюминами высокопрочные сплавы обладают большой чувствительностью к концентраторам напряжений и пониженной корозионной стойкостью под напряжением. У них меньше, чем у дюралюминов, предел выносливости (s-1) и вязкость разрушения (К1с). Профили из сплава В95 значительно прочнее листов. Это результат пресс-эффекта, который обусловлен присутствием в сплаве марганца и хрома. Сплавы обладают хорошей пластичностью в горячем состоянии и сравнительно легко деформируются в холодном состоянии после отжига. Их применяют для высоконагруженных деталей конструкций, работающих в условиях напряженного сжатия (обшивка, шпангоуты, силовые каркасы строительных сооружений) и для деталей без концентраторов напряжений.

Охарактеризуйте алюминиевые сплавы для поковок и штамповок.

Алюминиевые сплавы для поковок и штамповок маркируют буквами АК. В Табл.1.3.2 представлены химический состав и свойства некоторых алюминиевых сплавов для поковок и штамповок.

 

Химический состав (%) и свойства некоторых алюминиевых сплавов для поковок и штамповок.

                                                                                                                                              Таблица 1.3.2 

 

Сплав	Содержание элементов,% (остальное Al)				Режим термообработки	Механические свойства
	Cu	Mg	Mn	Si		σв, МПа	σ0,2,МПа	δ, %
АК6	1,8-2,6	0,4-0,8	0,4-0,8	0,7-1,2	Закалка+ старение	420	300	12
АК8	3,9-4,8	0,4-0,8	0,4-1,0	0,8-1,2		480	380	10

 

По химическому составу сплавы близки к дюралюминам, отличаясь более высоким содержанием кремния. Поэтому упрочняющими фазами при старении являются кремнийсодержащие фазы - w-фаза (Alх Mg5 Cu5 Si4), силицид кремния b (Mg2Si) вместо фазы S в дюралюминах) и CuAl₂.

Охарактеризуйте технологические свойства и области применения алююминиевых сплавов для поковок и штамповок.

Эти сплавы обладают хорошей пластичностью и стойки к образованию трещин при горячей пластической деформации. Ковку и штамповку этих сплавов проводят при температуре 450-475°С. Все сплавы для поковок и штамповок используют только в закаленном (500-575°С) и искусственно состаренном (150-165°С 6-15 ч) состоянии.

 Сплавы с пониженным содержание меди (АК6) отличаются лучшей технологической, но меньшей прочностью (sв =360 МПа). Их используют для средненагруженных деталей сложной формы: крепежные детали фитинги, качалки. Сплавы с повышенным содержанием меди (АК8) хуже обрабатываются давлением, но более прочны и применяются для высоконагруженных штампованных деталей несложной формы: подмоторные рамы, стыковые узлы.

 

Охарактеризуйте алюминиевые жаропрочные сплавы.

Жаропрочные сплавы используют для деталей, работающих при температуре до 300°С (поршни, головки цилиндров, лопатки и диски осевых компрессоров турбореактивных двигателей, обшивка сверхзвуковых самолетов и т.д.). Жаропрочные сплавы имеют более сложный химический состав (Табл.1.3.3.), чем рассмотренные выше алюминиевые сплавы. Их дополнительно легируют железом, никелем и титаном. Высокая жаропрочность сплава Д20 достигается благодаря высокому содержанию меди, а также марганца и титана, замедляющих диффузионные процессы. Кроме того, титан задерживает процесс рекристаллизации.

 

Химический состав (%) и свойства некоторых жаропрочных алюминиевых.

                                                                                                                                Таблица 1.3.3.

Сплав	Содержание элементов,% (остальное Al)					Режим термообработки	Механические свойства
	Cu	Mg	Mn	Si	Прочие		σв, МПа	σ0,2,МПа	δ, %
АК4-1	1,9-2,5	1,4-1,8	-	0,35	0,8-1,4 Fe 0.8-1.4 Ni 0.02-0.1Ti	Закалка+ старение	430	280	13
Д20	6-7	-	0,4-0,8	-	0.1-0.2Ti		400	250	12

 

Фазами – упрочнителями жаропрочных сплавов являются q-фаза (CuAl₂), S-фаза (Al₂CuMg), фаза Al₂Mn₂Cu, а также Al₉FeNi и Al₆Cu₃Ni. При частичном распаде твердого раствора они выделяются в виде дисперсных частиц, устойчивых к коагуляции, что обеспечивает повышенную жаропрочность.